某型汽油机排气歧管CFD分析.pdf

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1、第32卷第2期2015年4月内燃机与动力装置I．c．E&PowerplantV01．32No．2A”2015【模拟计算】某型汽油机排气歧管CFD分析喻春凤，许涛，阮仁字(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601)摘要：本文采用稳态计算模式，使用k—zeta—f湍流模型以及多孔介质模型，分别对排气歧管的两种设计方案进行了仿真分析。通过cFD计算，得到了排气系统内流场的压力损失以及催化器载体前端的气流分布，结果证明，方案二各项指标均优于方案一。关键词：汽油机；排气歧管；均匀性系数中图分类号：TK412文献标志码：A文章编号：1673—6397(201

2、5)02—0042—03CFDAnalysisforExhaustMaIlifoldsofaGasolineEngineYUChun—feng，XUTao，RUANRen—yu(AnhuiJianghuaiAutomobileCo，．Ltd．，Hefei230601，China)Abstract：Usingsteadycalculationmode，k—zeta—fturbulencemodelandporousmediamod—el，thispaperdidaCFDanalysisontwokindsofexhaustmanifblds，obtainingt

3、hePressurelossoftheintemalnow一6eldintheexhaustsystemandgasnowdistributioninf．rontofthecatalystsub—stratebyCFD．TheresultsshowedthatNo．2designschemewasbetterthanNo．1scheme．KeyWords：GasolineEngine；ExhaustManifold；UnifomIndex引言排气歧管是指与发动机缸盖相连的，带有分歧支管的管路。主要用于将各缸的排气集中起来并导人排气总管¨J。排气歧管的结构直接影

4、响到排气阻力和整车排放，尤其对于自然吸气的发动机来说，由于排气歧管直接与催化器相连，排气歧管设计的优劣，直接关系到催化器的催化转化效率。本文将对某型自然吸气汽油发动机的排气歧管进行cFD分析，并找出最优方案。1设计方案根据发动机及整车的布置情况，一共设计出两套方案。其中，方案一为了避免各缸排气相互干扰，因此将四个支管完全独立(如图1a)所示)，而方案二的设计意图是为了使得四个支管走向较为平顺，从而将一二缸的支管、以及三四缸的支管汇合在一起(如图lb)所示)。为了计算排气歧管对于催化器前端气流分布的均匀性的影响，计算域包括排气歧管、催化器在内的排气系统。a)方案

5、一b)方案图1设计方案本文将通过CFD软件对这两种设计方案分别进行仿真分析，并找出其中最优的方案，进行产品设计。2CFD计算设置作者简介：喻春风(1988一)，女，重庆云阳人，本科，助理工程师，主要研究方向为发动机设计。收稿日期：2014—12—2l2015年第2期喻春风，等：某型汽油机排气歧管cFD分析·43·2．1划分网格网格是整个cFD计算的载体，网格的质量直接决定着计算的精度，而网格的数量又决定着计算的时间。因此，cAE工程师划分网格的准则是：在保证网格质量的前提下，力求减少网格的数量。而六面体网格是公认的网格质量最高的体网格，因此，本文将以六面体为主

6、体，来进行网格划分。图2是两种设计方案的网格模型，其中六面体网格占据90％以匕。进川[_]出Ua、净繁一b、汀黎．图2网格模型2．2设置求解参数考虑到本次计算的目的主要是考察排气歧管的设计对于催化器的影响，而瞬态计算更多用于排气歧管的热固耦合计算中，因此，本次计算的运行模式选择稳态计算。湍流方程推荐使用k—zeta—f，这是一个四方程湍流模型，计算精度接近RSM模型，而计算时间则接近k—epsilon模型。与之匹配的壁面处理方式则选择HybridwauTreatment。将空气设置为可压缩流动。为了在计算精度和收敛性之间取得折中，采用柔和因子(Blending

7、factor)，柔和因子越大，计算精度越高；柔和因子越小，收敛性越好。为了保证质量守恒，连续性方程需要选择中心差分格式，柔和因子定义为1。2．3设置边界条件边界条件是cFD计算的输入参数，整个排气系统内流场的计算主要是根据边界条件计算而得，因此，边界条件的准确与否关系到整个CFD计算的正确性。一般来说，排气系统的稳态计算分为四个工况，其中工况l对应的是一缸排气，其余缸关闭，而工况2、3、4，则分别对应的是二、三、四缸分别排气的情况。在某一缸排气时，其余各缸的人口设置为壁面条件；而排气的那一缸设置为流量边界条件，其中流量为320kg／h，温度为850℃；出口设置

8、为压力边界条件，压力值为1．25bar